Введение в молекулярную биологию: От клеток к атомам - Энтони Рис, Майкл Стернберг 2002

Углеводы и липиды
Липиды: 2

Рис. 33.1.

НЕГЛИЦЕРОЛОВЫЕ ЛИПИДЫ обнаружены во многих типах мембран вместе с липидами, в основе которых лежит глицерол. Особенно богаты ими нервные ткани, в частности мозг. Существуют три основных класса неглицероловых липидов: цереброзиды, фосфосфинголипиды и ганглиозиды. У всех них жирные кислоты и полярные группы связаны с молекулой сфингозина.

Сфингозин — это аминоспирт с длинной углеводородной цепью. По своей структуре он очень похож на глицерол. Главные его особенности — это наличие негидролизуемой ненасыщенной углеводородной цепи, связанной с одним из трех атомов углерода, и аминогруппы (NH₂) вместо гидроксильной (ОН) группы при центральном углеродном атоме.

Церамид — это первичный сфинголипид, из которого образуются все три класса неглицероловых липидов. Он получается в результате присоединения моноеновой (как правило) жирной кислоты к центральной аминогруппе сфингозина с образованием амидной связи (гл. 6).

Цереброзиды — это церамиды, к которым присоединен моносахарид, например галактоза. При этом образуется гликозидная связь между атомом С¹— кислорода сахара (С¹—ОН в ß-конформации; гл. 31) и атомом углерода — СН₂ОН-группы сфингозина. Жирнокислотная цепь при центральной аминогруппе обычно содержит 22—26 атомов углерода; в примере, представленном на рис. 33.1, изображена олеиновая кислота — моноеновая кислота с 18 углеродными атомами. Цереброзиды обнаруживаются в высоких концентрациях в мозге и в нервной ткани млекопитающих. В других тканях галактоза часто бывает заменена на глюкозу; при этом получаются глюкоцереброзиды. Цереброзиды являются также членами большой группы углеводсодержащих липидов, обычно называемых гликолипидами.

Фосфосфинголипиды — это церамиды, у которых оставшаяся спиртовая гидроксильная группа этерифицирована заряженной фосфатной производной, такой, как фосфорилхолин. В этом отношении они напоминают фосфоглицериды и тоже являются амфипатическими. Наиболее типичный фосфосфинголипид — это сфингомиелин, который входит в состав большинства мембран и при этом является единственным неглицероловым мембранным фосфолипидом.

Ганглиозиды - это церамиды, у которых спиртовая группа связана гликозидной связью (3-типа с коротким кислотным, как правило, разветвленным, олигосахаридом. Кислотность этого класса гликолипидов обусловлена тем, что в них всегда присутствует в качестве ветвей основной сахаридной цепи моносахарид нейраминовая кислота. Структура этого аминосахара показана на рис. 33.2. В тканях человека аминогруппа всегда ацетилирована (СН₃СО); при этом сахар превращается в N-ацетилнейраминовую кислоту (МАМА). У животных и растений аминогруппа часто бывает замещена сахарным остатком. Линейная часть сахаридной цепи, как правило, содержит N-ацетил галактозам и н (GalNac), галактозу (Gal) и глюкозу (Glc), связанные последовательно. На рис. 33.1 представлен ганглиозид G_Mi, типичный компонент серого вещества мозга. Ряд нарушений метаболизма объясняют дефектами именно в метаболизме ганглиозидов. Наиболее известна болезнь Тэя—Сакса, при которой ганглиозид G_Mi накапливается в ткани мозга из-за недостатка фермента, участвующего в его разрушении.

Рис. 33.2.

Простые липиды— это липиды, не содержащие жирных кислот. Иногда их называют «неомыляемыми» липидами, поскольку при щелочном гидролизе они не образуют мыльных жирных кислот. К этой группе принадлежат жирорастворимые витамины, стероидные гормоны и некоторые другие жирорастворимые вещества. В основе всех простых липидов лежат стероиды и терпены.

Стероиды являются производными насыщенного полициклического (состоящего из нескольких сцепленных колец) углеводорода. Они присутствуют как в растениях, так и в тканях животных и выполняют различные функции: от половых гормонов у животных до предшественников витаминов у растений. Наиболее распространенный стероид у животных — это холестерол, структурная формула которого приведена на рис. 33.3.

Рис. 33.3.

Холестерол — это предшественник всех стероидных гормонов у животных (например, мужского полового гормона тестостерона или женского полового гормона эстрогена). Он является также основным компонентом желчных кислот, которые после выделения их печенью попадают в тонкий кишечник, где реагируют с жирными кислотами и ацилглицеролами пищи, облегчая их всасывание. Хотя это и не очевидно, холестерол также является и слабо амфипатическим липидом, размеры и свойства которого делают его подходящим компонентом клеточной мембраны многих животных клеток (он составляет от 40 до 60% всех липидов эритроцитов млекопитающих). Жесткость полициклического кольца холестерола сообщает мембранам, в которых он присутствует, специфические свойства (гл. 34). Холестерол редко встречается в растительных клетках.

Терпены — это простые стероиды, в основе структуры которых лежит пятиуглеродный углеводород изопрен (рис. 33.4). Из молекул этого углеводорода формируются разнообразные линейные или циклические структуры, в результате чего образуется множество веществ, таких, как «душистые» масла растений, обладающие характерным запахом (например, ментол — это терпеновое масло, выделяемое из мяты).

Рис. 33.4.

Витамины - это малые органические молекулы, которые проявляют высокую биологическую активность даже в очень малых концентрациях. Их подразделяют на жирорастворимые (витамины A, D, Е и К) и водорастворимые [все витамины группы В, витамины С, Н (биотин) и Р]. В данном случае для нас представляют интерес только жирорастворимые витамины, поскольку, обладая способностью растворяться в жирах, они, по всей видимости, имеют некоторое сходство с липидами. Витамин A, играющий важную роль в зрении, состоит из углеводородного кольца с присоединенными к нему полярными группами и из длинной терпеновой боковой цепи. Витамин D существенный для метаболизма кальция и фосфора, напоминает частично разомкнутую молекулу холестерола. Витамин Е, играющий, в частности, роль антиоксиданта, состоит из двух сцепленных углеводородных колец с длинной разветвленной углеводородной боковой цепью. Витамин К, последний в этой группе, необходим для свертывания крови; по своей структуре он напоминает витамин Е, но одно из его колец — хинон, и боковая цепь имеет несколько иное строение.